自适应光学技术在惯性约束聚变领域应用的新进展

在惯性约束聚变(ICF)领域,采用自适应光学(AO)技术进行波前控制是解决ICF激光系统中光束质量问题的重要手段.报道了"神光Ⅲ"原型装置中8套工程化自适应光学系统、未来ICF系统发展所需的大口径可拆卸变形镜(DM)样镜研制以及ICF自适应光学波前控制技术的最新研究进展.8套工程化自适应光学系统在"神光Ⅲ"原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正,改善了靶点焦斑能量分布,验证了校正对打靶时X射线分布的改善效果.所研制的17单元大口径可拆卸变形镜的口径为284 mm×284 mm,行程大于±6μm,谐振频率大于500 Hz.在ICF自适应光学波前控制技术中,采用了基于哈特曼传感器近场相位测量的控制方法和基于靶室远场的随机并行梯度下降(SPGD)控制方法均能取得良好的校正性能.     

自适应光学系统中变形镜和波前传感器共轭位置要求的分析

通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围.结果表明,波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离,大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小.一般来说,变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000时,对系统校正效果的影响可以忽略.实际应用中,应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化,从而设计波前传感器和变形镜的位置,以及选择使用4F光学系统.本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考.     

基于PZT非球面能动抛光盘的变形优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘，能够在PZT驱动器的作用下改变面形，用于中小口径非球面镜加工。一个口径100mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光磨盘已经试制完毕，用于一个口径350mm、k＝－1.112155、顶点半径R=840mm双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响，实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线，用基于径向基函数的神经网络算法建立各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿，实测各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后利用有限元分析方法，得到迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形，以及剩余残差RMS相应分别为1.910um、0.342um。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应，非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高，剩余残差RMS减少了82%。     

反射型LCOS显示板用于人眼波前像差校正的研究

采用基于硅基板的反射型液晶显示器件(LCOS)进行人眼波前像差校正的研究.理论分析了LCOS显示器件的光学调制特性,在合适的参数条件下,LCOS可工作在偏相位调制状态下.LCOS作为波前校正器和哈特曼传感器结合构成一个自适应闭环校正系统,校正在成像光路中引入的具有人眼波前像差特点的静态波前畸变,实验结果标明LCOS可以有效地校正光学成像系统中的波前畸变,校正后像差的RMS值小于0.1 μm.LCOS器件作为相位校正元件在人眼波前像差校正和视网膜成像系统中具有良好的应用前景.     

基于迈克耳孙干涉系统的拼接主镜共相位检测技术

为实现地基拼接式大口径望远镜主镜整体面形连续性,提出了一种新方法,对拼接子镜的相互位置误差进行高精度检测,并进行相关校正,从而使望远镜取得或接近于其衍射极限的光学成像质量。拼接子镜间需要进行校正的位置误差包括子镜间的倾斜误差和垂向平移误差,其中子镜之间的垂向平移误差需要被校正到100 nm以下,相当于入射光波长的几分之一。为实现此目标,在基于迈克耳孙干涉原理的基础上设计出一套相位误差检测系统,应用He-Ne激光与白光作为其光源系统,对拼接主镜子镜间相位误差进行高精度检测,同时解决了垂向平移误差的λ/2相位模糊性问题。系统的不确定度为8～10 nm,检测范围为45～60μm。对系统的设计进行了分析,并仿真出基于该检测系统的理论干涉图形,得出理想的检测结果。     

七通道线列实时波前校正的实验室试验

本文报导了七通道线列实时波前校正的实验室试验。介绍了所用的实验装置和得到的实验结果。定性地分析了系统中误差产生的原因。实验结果表明,系统对300Hz 扰动有17～20db 的改善,对100Hz 扰动有35～40db 的改善。对于低频扰动,当系统实现闭环控制后,像面上线扩散函数已接近衍射极限。     

环形孔径高斯光束的远场特性

讨论环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布，并给出拟合表达式。首先推导光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式，然后研究各种不同中心遮拦和不同光束截断比，在有以及没有激光束抖动的情况下，对高斯光束的远场环围能量分布变化的影响。     

自适应光学技术进展

1979年我所正式开始研究自适应光学,1980年建立自适应光学研究室。十年来在自适应光学系统方面,完成下列研究: 1.动态波前误差实时校正系统。该系统用动态剪切干涉仪为波前探测器,21单元     

哈特曼波前传感器的应用

夏克—哈特曼（S－H）波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中，而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研制了一系列S－H波前传感器。本文总结了这些传感器在不同领域的测量结果。     

环形孔径高斯光束的远场特征

讨论环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布，并给出拟合表达式。首先推导光束没有拌动时远场光斑的光能分布表达式，然后研究各种不同中心遮拦和不同光束截断比。在有以及没有激光束拌动的情况下，对高斯光束的远场环围能量分布变化的影响。